【熱噴涂技術(shù)】高性能熱噴涂涂層工業(yè)應(yīng)用新突破

由中國科學(xué)院金屬研究所承擔(dān)的中科院東北振興科技行動計劃重點項目“高性能熱噴涂涂層產(chǎn)業(yè)化”，已按計劃(提前)完成階段目標(biāo)及考核指標(biāo)。高性能封嚴(yán)涂層、熱障涂層成功應(yīng)用于透平壓縮機、重型地面燃?xì)廨啓C等核心動力裝備，并完成工業(yè)轉(zhuǎn)化。此技術(shù)的采用，促進了產(chǎn)品升級，在國際競爭中占有一席之地。研發(fā)了納米ZrO2最先進熱障涂層，已用于新型動力裝備。 

熱噴涂技術(shù)是利用各種熱源，將金屬或陶瓷加熱至熔融或半熔融狀態(tài)，借助氣流高速霧化并沉積在工件表面形成與基體緊密結(jié)合的涂層。由于它具有與基體不同的成份和結(jié)構(gòu)，使基體獲得特殊性能，以滿足工件更高的性能要求。涂層一般由粘接底層和面層組成。底層用具有抗高溫氧化、改善面層與基體熱匹配性及提高涂層結(jié)合強度的合金粉末制備，而面層根據(jù)部件性能需求為金屬、合金或非金屬材料。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，不斷出現(xiàn)新噴涂材料和新噴涂技術(shù)，涌現(xiàn)了封嚴(yán)涂層、熱障涂層、自潤滑涂層等新的特殊用途的高性能熱噴涂涂層。熱噴涂技術(shù)廣泛應(yīng)用于航空航天、冶金、紡織、汽車、印刷、石化等行業(yè)，一個國家熱噴涂產(chǎn)值在國民經(jīng)濟總產(chǎn)值(GDP)中的比重是該國熱噴涂發(fā)達(dá)與否的重要標(biāo)志。美國熱噴涂總產(chǎn)值占GDP的比例為0.36‰，日本為0.23‰，而我國只占0.039‰，僅為美國的11%，日本的17%。這說明，中國熱噴涂仍處于發(fā)展階段，遠(yuǎn)未達(dá)到成熟和飽和?？梢姡瑹釃娡吭谥袊氖袌鼍薮?，具有極大的發(fā)展空間。 

本項目致力于高性能封嚴(yán)涂層、熱障涂層新技術(shù)在透平壓縮機、地面燃?xì)廨啓C等尖端核心動力裝備上的工業(yè)應(yīng)用及其產(chǎn)業(yè)化。經(jīng)過一年半時間的努力，高性能熱噴涂涂層工業(yè)應(yīng)用已取得突破性進展，部分領(lǐng)域的應(yīng)用實現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化。為了滿足產(chǎn)業(yè)化的要求，進行了基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，中科院金屬所投資1100萬元在沈陽渾南高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)新建1500m2的“熱噴涂研發(fā)基地”，于2007年10月建成投入使用。在原有設(shè)備條件基礎(chǔ)上，新增添先進的超音速火焰噴涂等制備設(shè)備和專用測試儀器。新建“研發(fā)基地”功能齊全、布局合理，生產(chǎn)自動化程度高，滿足了本項目規(guī)模生產(chǎn)的需求。 

封嚴(yán)涂層技術(shù)在我國首次應(yīng)用于透平壓縮機 

我國壓縮機行業(yè)龍頭企業(yè)-沈陽鼓風(fēng)機集團公司新開發(fā)的G系列透平壓縮機雖在國內(nèi)屬最先進產(chǎn)品，然而它尚未采用在國外已廣泛應(yīng)用的封嚴(yán)涂層這一氣路密封關(guān)鍵技術(shù)，產(chǎn)品性能與國外相比有很大差距。金屬所與該公司合作攻克此技術(shù)難題，經(jīng)反復(fù)的應(yīng)用試驗，研發(fā)出適用于透平壓縮機的高性能封嚴(yán)涂層，已生產(chǎn)多臺(套)壓縮機主軸、轉(zhuǎn)子組件、蝸殼、型環(huán)等部件涂層產(chǎn)品并用于壓縮機。G系列透平壓縮機采用了此技術(shù)后，顯著提高了效率且有效降低了能耗，整機性能有明顯提高，從而增強了國際競爭力。而且，高性能封嚴(yán)涂層應(yīng)用于另一尖端航天動力裝備，已批量生產(chǎn)，金屬所被用戶部門定為封嚴(yán)涂層定點生產(chǎn)單位。透平壓縮機和尖端發(fā)動機均為代表一個國家制造水平的標(biāo)志性裝備，封嚴(yán)涂層技術(shù)的成功應(yīng)用將產(chǎn)生強有力的技術(shù)輻射效應(yīng)，促進此技術(shù)的推廣應(yīng)用。 

高性能熱障涂層應(yīng)用于地面燃?xì)廨啓C熱端部件 

地面重型燃?xì)廨啓C已逐步成為21世紀(jì)世界主要發(fā)電設(shè)備和重要軍工動力設(shè)備，是世界公認(rèn)的新一代發(fā)電設(shè)備。目前，國內(nèi)地面燃?xì)廨啓C均由國外進口，有130臺(套)，其熱端部件的防護技術(shù)作為燃機生產(chǎn)和修理的核心技術(shù)，對外保密，熱端部件防護修理由國外公司壟斷。研制完全滿足燃機使用要求的耐高溫、長壽命熱障涂層成為發(fā)展我國自主燃機事業(yè)以及進口機組備件國產(chǎn)化的一個新的課題。金屬所與中航世新燃?xì)廨啓C有限公司沈陽分公司合作研發(fā)了ZrO2熱障涂層，應(yīng)用于MS6001、MS6581、251B、4E、MS5000等型號的火焰筒、過渡段、葉片、護環(huán)等部件，現(xiàn)每年生產(chǎn)30臺(套)左右的燃機涂層產(chǎn)品。用戶對其質(zhì)量評價為“無論噴涂材料，還是涂層性能均達(dá)到使用要求，涂層性能與進口產(chǎn)品相當(dāng)，使用效果良好”。 

本項目自行研發(fā)并生產(chǎn)熱端部件熱障涂層，不僅取得了可觀的經(jīng)濟效益，還具有重要的社會效益，結(jié)束了核心技術(shù)依賴國外的局面，提高了國際市場競爭力。在常規(guī)結(jié)構(gòu)ZrO2熱障涂層應(yīng)用基礎(chǔ)上，還研發(fā)了新型更高性能納米ZrO2熱障涂層，以滿足高推重比尖端動力裝備的發(fā)展要求。納米ZrO2涂層顯微硬度及結(jié)合強度均為常規(guī)ZrO2涂層的1.5倍，抗熱震性能提高約2-3倍，隔熱效果提高50℃以上。納米ZrO2熱障涂層研發(fā)已通過用戶部門組織的“工藝評審”，并已投入生產(chǎn)。此項創(chuàng)新成果達(dá)到國際先進水平，為熱障涂層發(fā)展開辟了新途徑。 

為行業(yè)及地區(qū)經(jīng)濟與技術(shù)發(fā)展做出貢獻(xiàn) 

為促進該技術(shù)在遼寧區(qū)域發(fā)展并使之成為推廣交流、人才培養(yǎng)、技術(shù)服務(wù)的平臺，2006年8月，遼寧省科技廳依托金屬所組建了“遼寧省高性能熱噴涂涂層工程技術(shù)研究中心”。該中心于2007年5月向沈陽黎發(fā)熱能燃機設(shè)備配件有限公司轉(zhuǎn)讓高性能熱噴涂涂層技術(shù)，技術(shù)轉(zhuǎn)讓費為310萬元。該公司利用此技術(shù)實現(xiàn)了燃機涂層產(chǎn)品的自行生產(chǎn)，降低了產(chǎn)品成本，提高了產(chǎn)品性能并增強了市場競爭力。2007年10月與鐵嶺永興熱噴涂有限公司合作建立“中國科學(xué)院金屬研究所鐵嶺熱噴涂試驗基地”。通過上述技術(shù)轉(zhuǎn)讓與技術(shù)合作，使本技術(shù)向更廣的應(yīng)用領(lǐng)域輻射，對于地區(qū)經(jīng)濟與技術(shù)發(fā)展具有積極作用，取得了較好的效果。 

目前，本項目進展順利，超過計劃完成階段目標(biāo)。預(yù)計再經(jīng)一年半的努力，有望高質(zhì)量、高水平地完成項目總目標(biāo)，即建成國內(nèi)一流的高性能熱噴涂涂層生產(chǎn)基地，實現(xiàn)高性能熱噴涂涂層產(chǎn)業(yè)化，年銷售收入超5000萬元。同時，通過高新技術(shù)在高端裝備上的應(yīng)用，促進企業(yè)產(chǎn)品升級，提高國內(nèi)外市場競爭力，給企業(yè)帶來巨大經(jīng)濟和社會效益，為振興東北老工業(yè)基地發(fā)揮積極作用。

原文地址：http://www.cas.cn/zt/jzt/kyzt/zkydbzxkjxd/200809/t20080928_2665164.shtml